工业物联网中的自动化应用

这个时代市场变化多端，个性化产品的生产批量低至一件，快速生产批量转换成为一个关键因素。现场层模块化智能制造提供必要的灵活性，例如阀岛或带内置控制器的运输系统。

在工业物联网 智慧工厂 研究项目中，Festo 在实现灵活、模块化且多制造商互联的机器单元中发挥了重要作用。Festo 已经在其 Scharnhausen 技术工厂实现了这一目标，公司证明了网络化装配线的安装时间有可能从几个小时缩短至 13 秒。您只用一个下午就可轻松实施新技术或生产工艺。整个系统的重新部署不再需要耗费三周，而只需三天便可完成。

值得注意的是，在工业物联网中，当使用适当的元件进行改装时，现有系统依旧具有成本效益。制造商或用户暂时还必须亲自为其工艺流程确定机器接口的规格；相关标准或 VDMA 建议尚未发布。

能源成本不会自行降低。高效生产的关键在于自有资源和能源效率，这只能在互联系统中得以实现。Festo Scharnhausen 技术工厂的生产车间便是一个很好的例子：借助出色的隔热性、热量回收、满足需求的压缩空气生成方式和其他特性，该工厂达到了最高能源标准。

但最重要的是，互联传感器会监测每台机器的能耗。M2M（机器对机器）应用通过 OPC UA 自动与制造执行系统 (MES) 通信，该系统的配置可达到最佳同步效果和防止出现能耗峰值。现有系统使用必要传感器和小型控制系统进行改装，包括 CPX 电气终端和我们的 MSE6-E2M 节能模块。因此，每台机器需要投资近 3,000 至 5,000 欧元。另一方面，这样做能够为工厂节省大约 3 kWh 的电能，也就是说在不到三年内便可收回投资成本。在其他客户项目中，Festo 节能服务提供的支持甚至可节省高达 60% 的能源。对于新系统而言，最大的潜力在于其具有成本效益的设计。

工业物联网的一个主要优势是预测性维护，它能够将计划外停机时间缩至最短。iPad 是 Festo 试点项目的基本要素：维修人员不仅可以在其平板电脑上查看系统发送的错误消息，而且可以完善维修说明、计划以及元件和备件清单。必要时，他们可通过聊天的方式咨询专家，调取早先的维修单，以及在线查看备件库。因此，哪些错误消息尚未解决，应优先指派哪位员工，这些问题都变得一目了然。

未来，维护活动甚至可进一步扩展，增加积压订单实时连接和 AR 支持（增强现实）等功能。试点项目非常成功，因此我们正在 Festo 的所有工厂全面推广该系统。该生产系统的 OEE（设备综合效率）显著提升，员工的工作积极性有所提高，且在不到六个月内便可收回投资成本。

您也可以在工厂内将 AX Smartenance（智能维护）移动维护应用作为数字化维护管理程序使用。

工业物联网所涉及的全部是现实应用。在Scharnhausen 技术工厂，我们通过灵活、节能和高产流程，在互联装配线上生产阀、阀岛、印刷电路板和模块。

E. M. Goldratt 的约束理论 (TOC) 认为，每个价值创造过程都会受到约束。展望未来，困难重重，回顾过去，生产设备常常空转。我们的目标是确定并消除现有瓶颈，随后遇见并解决下一个瓶颈。

我们在 Scharnhausen 技术工厂扩展了这种迭代的约束理论方法，并创立了一个以消除瓶颈为导向的组织。具体来说，该组织的侧重点是生产周期和交付能力。相关 KPI 包括产量、库存和运营成本。实际上，所有系统均与工业物联网相连接，因此所有相关人员都会在显示器上收到 MES 在线发送的必要数据，无论他们使用的是独立的个人电脑、平板电脑还是智能手机。

我们和项目合作伙伴均取得了良好成效，例如在金属加工业，通过面向瓶颈的组织进行需求驱动型订购，整个工厂的产出时间可缩短 56%，单个生产单元的产出时间可缩短多达 90%。

相较于批量生产，流程型生产更为灵活。产出时间短、品质优良且空间需求低。特别是通过一体式流水作业大大减少缓冲库存，且生产管理更加灵活。

具体来说，我们通过完整的流程链（从锯切到去毛刺、钻孔和铣削，再到精加工和表面处理）在以消除瓶颈为导向的组织框架内实现了这种平准化系统。在技术方面，我们使用了 Festo 的智能抓取解决方案并通过 OPC UA 进行 M2M 通信（机器对机器）， 始终保持机器的运行数据和/或 KPI 同步。如果出现故障，整个生产线可相应下调，因此避免推动任何物料流在周末或高成本夜班期间进行处理。

在工业物联网的数字孪生场景下，机器可读的独特标识符至关重要。Festo 已经拥有了这种标识符：产品秘钥是一种二维码、数据矩阵编码或十一位字母数字编码，可清楚地标识每种产品。因此，您始终拥有订单参考号、序列号、版本号等可靠数据。以上功能都很熟悉。但产品秘钥还拥有其他功能，例如，它能够自动打开正确的用户文档和 CAD 数据， 从而大大简化元件和备件订购流程。借助这种集成识别码，维护人员或机械工程师可在工作期间高效且准确无误地直接打开正确的订单，即便在复杂阀岛和拥有数百个独立元件的子系统中亦是如此。

Festo 产品秘钥也采用云端技术，可作为一种访问码，以供您通过工业物联网平台使用一种应用配置（或重新配置）和管理系统。因此，您可以轻松从 Festo App World 获取最新固件、升级包和服务，并始终确保安全性。

工单系统的确非常有帮助，但用于流程型生产和以消除瓶颈为导向组织流程的智能解决方案可达到更好的效果。

首先，维护人员真正实现了移动办公，在场外时也可通过其平板电脑实时在线获取所有必要任务和机器数据。在达到瓶颈之前，他们通过应用程序获取前往下一位置的指示。这可以省去在维护中心和机器之间来回穿梭的时间，对规模较大的公司而言，每周可节省几个小时。其次，订单可根据设备使用率、作业状态和机器输出等效率标准排序。最后，移动维护授权维护员工采取行动：在理想情况下，您可以立即通过产品秘钥自行在线订购备件。

在人机界面中，人起主导作用：ProGlove 看起来像是一只普通的工作手套，只是手背上装有一个条形码扫描仪。物流人员通过内置拇指传感器激活它，用于在装载和卸载时自动创建有关抓取物品的数字记录。此外，它们也能够解放工作人员的双手。该装置用于装配和手动工作站，速度更快且操作精准无误。

在 Scharnhausen 技术工厂，我们已大范围实施这种智能工厂方法，为装配设备做标记和编码，以便工作人员自动抓取正确的部件——简单、快速且无误。与此同时，我们也以同样的方式为我们的生产流程创建了真正的“数字孪生”。因此，我们能够以一种灵活、需求驱动且高效的方式控制产量和物料流。

对于适用于关联产业的机器和生产数据，我们需要进行整合和整理，使它们易于管理。这是 CPX IoT 网关的职能所在。车间内 10 至 31 种组件和模块可通过一个安全的 OPC UA 接口实时通信，具体数量取决于复杂程度。网关将数据流转换成 AMQP（也可能是 MQTT 和其他形式），以确保其安全性，为云连接做好准备。工业物联网和现代数据分析选项就有了各种选项可供选择，从智能维护到完整的数字孪生。

IoT 网关的预配置仪表板可在线自定义，包括带红绿灯指示的小工具以及预防性维护和工作量控制图表。例如，它可以立即部署在 MSE6-E2M 节能模块、YXMx 工业机器人或我们的 VTEM 数字控制终端等物理信息系统内。

实际上，IoT 网关提供一站式条件监测（自动报警和可靠的实时故障诊断）和 Festo Cloud 内大量业务数据分析选项（趋势分析、预先警报系统和控制选项），可基于可靠的 KPI 提高整体系统有效性。

可靠的 KPI 是每个专家支持系统、每个理由充分的公司决策和每个有效流程优化的基础。因此，Festo Cloud 收集并处理所有来自 IoT 网关的数据，以进行智能数据分析，无论是以直观仪表板还是复杂长期分析的形式明确呈现。

未来，工业公司处理其自有数据的方式将成为一个关键成功因素。现如今，云端提供广泛的工业物联网控制和优化功能。Festo Cloud 已在直接帮助缩短停机时间，提高设备使用率和整体生产力。此外，生产商和机械工程公司现已致力于筛选和处理云端机器数据，以构建新业务和收入模型。

工业物联网不仅只是传感器技术（仅将机器数据传输到云端）。另一方面，真正的物理信息系统也起到一定的作用，不仅实现了现场控制智能，而且实现了气动装置的数字化：我们的 VTEM 数字控制终端轻松将工业物联网的功能添加至现有系统。每个阀通过应用程序进行控制，用户可通过 WebConfig 对其进行编程，例如压力水平、节流、方向控制阀功能、泄漏诊断等。VTEM 数字控制终端明显为机器和系统制造商提供更多自由，同时简化了气动线路设计。现如今它所拥有的这些功能，原先需要 50 多种不同的产品或位置才能实现。但最重要的是，气动也实现了数字化：借助 VTEM 数字控制终端，您只需通过软件更改阀功能，而无需修改硬件。

自动化标记语言 (AML) 作为一种数据交换格式，专门用于各种各样的开发环境和厂商中立的工程设计。尽管基于 XML 的语言最早源于汽车行业，但该开发联合体将它描述为一种通用“数字化开创者”。Festo 是 AutomationML 协会执行委员会的活跃成员，与其他知名专家和研究机构携手致力于标准的制定、规范化和进一步推广，特别是在 AutomationML 项目中采用智能工具（用于有效和迭代开发智能工厂的工程设计工具链）。

AutomationML 并非一种专用格式，而是中立且可扩展的。实际上，随着 AML 的出现，机械工程设计师的境况相较于家居自动化领域的开发人员有所改善，后者需要处理大量接口问题和各种不兼容系统。AML 不仅实现了系统规划数据和可靠文档的交换，而且实现了实时系统中的系统模拟。

在联邦经济事务和能源部的支持下，德国电气电子行业协会的一个下属开放联合体推出了一种适用于 Industrial Internet of Things platform, 框架内工业物联网的参考框架模型 (RAMI 4.0)，并界定了工业物联网组件的基本特性。具体来说，协作开源项目 openAAS（开源资产管理壳）专注于该等组件的“开源管理外层”。在这种环境下，该协议基于 OPC UA（统一架构），该架构已应用于所有与工业物联网兼容的 Festo 产品。

实际上，我们的目标是将工业物联网组件描述为一种多接口封闭系统，从而创建一个数字化副本——所有数字孪生理念和 M2M（机器对机器）协作的基础。Festo 在这一开发过程中发挥了重要作用，且首个试点项目大获成功。

大数据是德国联邦教育和研究部所资助的一项合作研究项目的重点，该项目持续到 2019 年年中。其目标是寻找一些方法，使公司能够基于工业物联网生成的数据构建新的业务模型。

在 BigDieMo， 范围内，Festo 专门负责开发一个拥有多种方法和工具的模块化系统，该系统能够以结构化的方式创建基于数据的服务。在这一过程中，我们可以借鉴 Scharnhausen 技术工厂的经验和从客户工厂的试验系统中所获取的结果。维护一直是 Festo 每个工业组件的核心工程设计要素，因此在预测性维护提供机会之前，维护便已成为首要任务。